樊曉珂

（中央廣播電視總臺，北京 100020）

0 引 言

在當(dāng)今的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，視頻已成為社會(huì)信息傳播的主要載體。據(jù)業(yè)內(nèi)統(tǒng)計(jì)，2019 年，視頻信息占據(jù)約60%的網(wǎng)絡(luò)流量。2020 年，視頻信息占據(jù)約82%的網(wǎng)絡(luò)流量。5G 時(shí)代的來臨，不僅顛覆了媒體內(nèi)容生產(chǎn)的組織方式，更是帶來視頻行業(yè)的新一輪爆發(fā)，進(jìn)一步加速了內(nèi)容消費(fèi)。5G 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)以其高速率、低時(shí)延、大容量的特點(diǎn)，為超高清視頻傳輸和應(yīng)用提供了基礎(chǔ)，有力促進(jìn)了數(shù)字內(nèi)容制作、分發(fā)、呈現(xiàn)的全產(chǎn)業(yè)鏈升級[1]。5G 技術(shù)與4K、8K 超高清（Ultra High Definition，UHD）視頻以及虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）等應(yīng)用結(jié)合在一起，將會(huì)給視頻內(nèi)容的采集、編輯、傳輸及播出帶來巨大變化?？梢哉f，超高清電視（UHDTV）是電視發(fā)展的未來，而5G 網(wǎng)絡(luò)則為超高清電視提供了無線傳輸保障[2]。

作為國家級媒體，中央廣播電視總臺（以下簡稱總臺）緊緊抓住4K/8K 超高清電視推廣和5G 應(yīng)用這一重大機(jī)遇，大力推進(jìn)4K/8K+5G+AI 戰(zhàn)略。依托5G 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，一方面從節(jié)目制作和片源上提供精良的4K/8K 音視頻產(chǎn)品，滿足廣大人民群眾更高的視聽感受和需求；另一方面發(fā)揮自身優(yōu)勢，努力推動(dòng)技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)協(xié)同，引領(lǐng)和打造超高清視頻制播產(chǎn)業(yè)鏈。同時(shí)，順應(yīng)形勢發(fā)展、進(jìn)行媒體融合，在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代積極參與多終端、多場景、多內(nèi)容視頻消費(fèi)市場。

1 4K/8K 超高清電視

早在2005 年，包括迪士尼、20 世紀(jì)福克斯、派拉蒙、索尼電影、華納兄弟等電影巨頭組成的數(shù)字電影聯(lián)盟（Digital Cinema Initiatives，DCI）推出了4K 分辨率標(biāo)準(zhǔn)，即4 096×2 160 分辨率，支持1.9 ∶1 寬高比，規(guī)范電影拍攝方和影院播放4K 分辨率片源。而在廣播電視領(lǐng)域，標(biāo)準(zhǔn)高清電視的寬高比是16 ∶9（約1.78 ∶1），對應(yīng)4K 的分辨率是3 840×2 160，比影院4K 橫向少了256 像素。

值得一提的是，目前社會(huì)上和行業(yè)內(nèi)對視頻清晰度或者說分辨率有著很多的劃分方法，當(dāng)下比較流行的劃分如圖1 所示。主要?jiǎng)澐秩缦隆?/p>

圖1 常見高清分辨率對比圖

（1）高清（High Definition，HD），分辨率720p，屏幕物理像素點(diǎn)1 280×720 個(gè)，合計(jì)約92 萬像素。

（2）全高清（Full High Definition，F(xiàn)HD），分辨率1 080p，屏幕物理像素點(diǎn)1 920×1 080 個(gè)，合計(jì)約200 萬像素。

（3）超高清（Ultra High Definition，UHD），分辨率2 160p，又稱4K，屏幕物理像素點(diǎn)3 840×2 160 個(gè)，合計(jì)約829 萬像素。

國際電信聯(lián)盟（International Telecommunication Union，ITU）標(biāo)準(zhǔn)定義了兩種超高清視頻3 840×2 160 和7 680×4 320，按其水平分辨率，分別稱之為4K 和8K。相應(yīng)地，之前存在的高清HD 視頻1 920×1 080 則稱為2K。

目前，中央廣播電視總臺播出系統(tǒng)中有三種分辨率視頻信號，分別是標(biāo)清（720p）、高清（1 080p）及超高清（2 160p），符合ITU 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的定義。

1.1 超高清視頻4K 標(biāo)準(zhǔn)

2012 年8 月，ITU 發(fā)布了超高清電視國際標(biāo)準(zhǔn)ITU-RBT.2020。相對于之前的BT.709 標(biāo)準(zhǔn)，該最新標(biāo)準(zhǔn)定義了寬高比16 ∶9 的兩種分辨率標(biāo)準(zhǔn)4K 和8K，大幅度提升了視頻信號的性能規(guī)范。在清晰度方面，像素?cái)?shù)分別達(dá)到了829 萬和3 320 萬，相對于1 080p 高清，4K 超高清是其4 倍，而8K 超高清是其16 倍，圖像更加清晰細(xì)膩；色彩深度方面，由BT.709 標(biāo)準(zhǔn)的8 bit 提升至10 bit 或12 bit，采用了比BT.709 標(biāo)準(zhǔn)更寬廣的色域空間，色彩飽和逼真，對于整個(gè)影像在色彩層次與過渡方面得到了極大的增強(qiáng)。BT.2020 標(biāo)準(zhǔn)另外一個(gè)很重要的改變是，取消了隔行掃描，所有超高清標(biāo)準(zhǔn)下的影像都是基于逐行掃描，有效提升了超高清影像的細(xì)膩度與流暢感，是視頻標(biāo)準(zhǔn)的歷史性突破。

在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，信息的傳遞和交換已不局限于傳統(tǒng)的“電視臺-家庭”模式，而是多終端（電視機(jī)、電腦、手機(jī)）、多場景（錄播、直播、互動(dòng)）、多內(nèi)容（AR/VR、教育、游戲、醫(yī)療）、多方位（本地、異地、固定、移動(dòng)）的新形態(tài)，其核心是移動(dòng)互聯(lián)。因此，超高清電視的應(yīng)用離不開移動(dòng)特征，廣播電視的發(fā)展也必須與移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)緊密結(jié)合，融入時(shí)代發(fā)展的大潮，才能進(jìn)一步煥發(fā)出勃勃生機(jī)。

1.2 超高清電視對網(wǎng)絡(luò)寬帶能力的要求

按照4K 標(biāo)準(zhǔn)，以10 位編碼、60 幀率計(jì)算，16 ∶9 格式的超高清電視（UHDTV）需要的傳輸速率為：3 840×2 160×10×3×60 ≈15 Gb·s-1，加上音頻編碼等，約需17 Gb·s-1。

由此可見，相較于1 080p 高清的2.5 Gb·s-1，超高清電視對于數(shù)據(jù)帶寬的要求是非常高的，必須通過視頻編碼技術(shù)進(jìn)行壓縮處理。上述17 Gb·s-1的傳輸速率經(jīng)H.265 標(biāo)準(zhǔn)壓縮后約為17 ～48 Mb·s-1。需要指出的是，以中國為主制定的AVS 音視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，作為國際上三大視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)之一，目前AVS2 的壓縮比基本與H.265 處于同一水準(zhǔn)且性能略高。AVS 標(biāo)準(zhǔn)在總臺已正式全面推廣，率先在廣電行業(yè)普及，后文還會(huì)提到。

在無壓縮的情況下，傳輸（或者說觀看）一路4K 節(jié)目需要約17 Gb·s-1的帶寬。這在實(shí)際應(yīng)用中無法實(shí)現(xiàn)，也是沒有意義的；經(jīng)過AVS2（或H.265）標(biāo)準(zhǔn)壓縮后也需要數(shù)十兆帶寬。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，各國4K 內(nèi)容現(xiàn)場測試的傳輸速率在18 ～35 Mb·s-1，央視網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示約在50 Mb·s-1左右。所以，為保障電視信號質(zhì)量，傳輸4K 數(shù)字信號需要至少50 Mb·s-1的穩(wěn)定帶寬。

目前，世界各國的移動(dòng)通信4G 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)能力可以提供100 Mb·s-1的峰值速率，但在實(shí)際使用中，速率在8 ～60 Mb·s-1，網(wǎng)絡(luò)時(shí)延約50 ms，難以穩(wěn)定承載4K。前面提到的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代多終端、多場景、多內(nèi)容、多方位等各種應(yīng)用，難以借助4G 網(wǎng)絡(luò)體現(xiàn)出來。

進(jìn)入5G 時(shí)代，5G 網(wǎng)絡(luò)高達(dá)10 Gb·s-1超過4G網(wǎng)100 倍的速率，低至1 ms 的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，多至千億級的設(shè)備接入量，為信息時(shí)代開辟出了新的發(fā)展空間。超高清視頻成為5G 網(wǎng)絡(luò)的重要應(yīng)用，需要很強(qiáng)帶寬和低延時(shí)網(wǎng)絡(luò)支撐的新興媒體格式，包括賽事/劇場體驗(yàn)式觀看、VR、AR、云游戲等沉浸式場景應(yīng)用得以實(shí)現(xiàn)，4K+5G 帶動(dòng)廣播電視、文教娛樂、智慧城市等各行各業(yè)迅猛發(fā)展。

2 5G 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)與UHD 的結(jié)合

2.1 關(guān)于5G

5G 是第五代移動(dòng)通信網(wǎng)（5th generation mobile networks）的簡稱，是最新一代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)。不同于之前的第一到第四代移動(dòng)通信（1G ～4G），5G 網(wǎng)絡(luò)以其前所未有的超大帶寬、超廣連接、超低時(shí)延三大新型特性，為人與人、人與物、物與物之間的永續(xù)互聯(lián)打下基礎(chǔ)，超越了移動(dòng)通信的傳統(tǒng)狹義范疇。

4K/8K 超高清視頻與5G 通信網(wǎng)絡(luò)良好的匹配，就是因?yàn)槌髷?shù)據(jù)量的UHDTV、重大活動(dòng)/賽事的現(xiàn)場直播、基于人工智能（Artificial Intelligence，AI）的AR/VR 等沉浸式場景、大型網(wǎng)絡(luò)游戲等，在5G 強(qiáng)大網(wǎng)絡(luò)支撐下徹底解開了束縛，性能得以充分發(fā)揮[3]。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP（第三代移動(dòng)通信合作計(jì)劃）對5G 定義的三大應(yīng)用場景中，第一項(xiàng)就是增強(qiáng)移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)（Enhanced Mobile Broadband，eMBB），典型代表就是超高清視頻、AR/VR、移動(dòng)游戲等大流量應(yīng)用。

2.2 移動(dòng)通信的發(fā)展變化

2018 年6 月13 日，3GPP 組織第80 次全會(huì)上，5G NR 標(biāo)準(zhǔn)獨(dú)立組網(wǎng)（Standalone，SA）正式完成并發(fā)布，這標(biāo)志著首個(gè)真正完整意義的國際5G 標(biāo)準(zhǔn)正式出臺，全球進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)全面沖刺新階段。僅僅一年之后，2019 年6 月6 日，我國工信部正式向中國電信、中國移動(dòng)、中國聯(lián)通、中國廣電發(fā)放四張5G 商用牌照，中國正式進(jìn)入5G 商用元年。從廣電系統(tǒng)首次獲頒移動(dòng)通信商用牌照可以看出，5G 時(shí)代的到來必將對傳統(tǒng)廣播電視行業(yè)產(chǎn)生巨大的沖擊、帶來新時(shí)代新發(fā)展的巨大機(jī)遇，這也是本文開篇強(qiáng)調(diào)、貫穿始終的觀點(diǎn)。因此，作為廣電行業(yè)的從業(yè)者，有必要對移動(dòng)通信網(wǎng)有所了解。

第一代移動(dòng)通信（1G）誕生于20 世紀(jì)80 年代，到現(xiàn)在的5G，基本上每10 年一代。1G（first generation）時(shí)代基于模擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)電話，但不能跨網(wǎng)漫游，信號質(zhì)量和保密性差；2G 采用數(shù)字通信技術(shù)，標(biāo)志著數(shù)字時(shí)代的到來，除了接打電話還支持發(fā)送短信，第一次有了數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰Γ?G代表著數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，數(shù)據(jù)通信不再是語音通信的附屬，無線通信與國際互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信首次結(jié)合在一起，由此標(biāo)志著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來，也迎來了智能手機(jī)時(shí)代；4G 徹底取消了電路交換技術(shù)，推出了全I(xiàn)P 系統(tǒng)，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)全面爆發(fā)，視頻播放從傳統(tǒng)的電視開始轉(zhuǎn)向網(wǎng)絡(luò)。第五代移動(dòng)通信是最新一代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)，是通信與信息的真正融合，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)通信從以技術(shù)為中心向以用戶為中心的轉(zhuǎn)變，開始實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)。

縱觀從1G 到5G 的演變，從技術(shù)發(fā)展的角度看，1G 首次實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)通信（電話），實(shí)屬革命性的進(jìn)展；3G 一舉扭轉(zhuǎn)了數(shù)據(jù)依附于語音的從屬地位，強(qiáng)大的數(shù)據(jù)通信功能賦予移動(dòng)通信勃勃生機(jī)，可稱第二次革命性進(jìn)展；5G 提供了前所未有的移動(dòng)增強(qiáng)寬帶、海量物聯(lián)、低時(shí)延高可靠連接，將移動(dòng)通信、互聯(lián)網(wǎng)、智能網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)融為一體，奠定了人與萬物互聯(lián)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，可稱為移動(dòng)通信的第三次革命性進(jìn)程。

2.3 歸納5G 的主要特性

圖2 列出了5G 與4G 的主要性能指標(biāo)差異。以下著重介紹幾項(xiàng)與高清視頻制播關(guān)聯(lián)密切的性能指標(biāo)。

圖2 5G 與4G 的差異

2.3.1 高速度

5G 網(wǎng)絡(luò)的峰值速率達(dá)到10 Gb·s-1，用戶端速率達(dá)到100 Mb·s-1，4K 超高清視頻得以暢通無阻傳輸。與之相伴的直播、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等應(yīng)用技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)突破，同時(shí)也會(huì)催生出大量新的市場機(jī)會(huì)與運(yùn)營機(jī)制。

2.3.2 低時(shí)延

3G 網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延在百毫秒量級，4G 網(wǎng)絡(luò)約50 ms，到了5G 時(shí)代，時(shí)延降至1 ～10 ms，可以較好地支持UHD 直播、大型多人在線游戲等視頻應(yīng)用場景。

2.3.3 邊緣計(jì)算

在靠近移動(dòng)設(shè)備、傳感器及用戶的網(wǎng)絡(luò)邊緣部署節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)緩存和計(jì)算，可以有效減輕核心網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載，同時(shí)降低數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延。

2.3.4 網(wǎng)絡(luò)切片

網(wǎng)絡(luò)切片是一種按需組網(wǎng)的方式，通過網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（Network Functions Virtualization，NFV），可以在5G 網(wǎng)絡(luò)中分離出多個(gè)虛擬的端到端網(wǎng)絡(luò)[4]。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片從無線接入網(wǎng)、承載網(wǎng)再到核心網(wǎng)上進(jìn)行邏輯隔離，以適配各種各樣類型的應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)靈活組網(wǎng)業(yè)務(wù)。比如，對一個(gè)大型重要集會(huì)場景，需要多機(jī)位攝像、現(xiàn)場互動(dòng)制作、前后方視音頻協(xié)同等多種形式的超高清視頻引用，5G 網(wǎng)絡(luò)可為這個(gè)場景實(shí)時(shí)部署專有網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)的效率將大大提高，集會(huì)現(xiàn)場所需要的網(wǎng)絡(luò)性能也能夠得到保障。

2.4 細(xì)看5G 對UHD 的承載

5G 的諸多特性中，高速率（峰值10 Gb·s-1、用戶端100 Mb·s-1）、低時(shí)延（1 ～10 ms）強(qiáng)力支撐了超高清視頻傳輸，邊緣計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)切片等技術(shù)有力保障了UHDTV 現(xiàn)場場景的采編播。

在當(dāng)前視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)AVS2（國外采用H.265）情況下，4K 超高清視頻對于承載網(wǎng)的總體要求是端到端帶寬要大于50 Mb·s-1，往返時(shí)延要小于20 ms，丟包率要小于10-5。目前的4G 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)雖然能夠提供100 Mb·s-1的峰值速率，但是實(shí)際使用速率在8 ～60 Mb·s-1，時(shí)延50 ms，在終端大量接入的情況下體驗(yàn)速率甚至更低，卡頓現(xiàn)象嚴(yán)重。所以，4G 網(wǎng)絡(luò)承載高清1 080p 視頻沒有問題，但承載4K就很困難。5G 網(wǎng)絡(luò)用戶端最低速率為100 Mb·s-1，時(shí)延僅數(shù)毫秒，從理論上講，5G 網(wǎng)絡(luò)對于4K 超高清視頻有著良好的承載能力，能夠完全滿足4K 視頻的傳輸和觀看。從總臺和各大電信運(yùn)營商的試驗(yàn)以及后續(xù)的實(shí)踐來看，4K+5G 能夠很好地體現(xiàn)UHDTV 的各項(xiàng)突出特點(diǎn)和應(yīng)用。

再來看看8K 的情況。按照16 ∶9 格式，7 680×4 320 分辨率，10 位編碼，60 幀率的基本型8K UHD，未經(jīng)壓縮的原始速率約為：7 680×4 320×10×3×60=59.7 Gb·s-1，在現(xiàn)行的AVS2 或H.265 編碼標(biāo)準(zhǔn)下壓縮后約為62 ～170 Mb·s-1，業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為需要130 Mb·s-1左右的帶寬才能保證8K 超高清視頻傳輸質(zhì)量。顯然，4G 網(wǎng)絡(luò)無法承載，5G 網(wǎng)絡(luò)也不能提供穩(wěn)定的性能保障。在數(shù)字信息處理領(lǐng)域，我國目前正在制定的第三代AVS3 標(biāo)準(zhǔn)已取得突破性進(jìn)展，并在全球范圍內(nèi)率先推出，有望在不久的將來，AVS3（H.266）將會(huì)使視音頻編碼在前代基礎(chǔ)上再壓縮一倍，這樣，8K 超高清視頻帶寬需求將會(huì)降到50 ～60 Mb·s-1，仍然可由5G 網(wǎng)絡(luò)承載，這也正是總臺4K/8K+5G+AI 協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略在技術(shù)上的基礎(chǔ)之一。

3 總臺引領(lǐng)4K+5G 應(yīng)用

作為國家級媒體，中央廣播電視總臺（總臺）不僅擔(dān)負(fù)著重要的廣播電視制播任務(wù)，同時(shí)也在新技術(shù)、新應(yīng)用方面走在前沿。2018 年10 月，中央廣播電視總臺建立了國內(nèi)第一個(gè)4K 電視頻道，以內(nèi)容、制播為抓手，串起了4K 在整機(jī)、終端、網(wǎng)絡(luò)、軟件的整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈。這是國家在超高清領(lǐng)域從無到有的突破，對全行業(yè)起到了非常明顯的示范帶動(dòng)作用?？偱_在大量4K+5G 先發(fā)行動(dòng)的基礎(chǔ)上，于2020 年7 月發(fā)布《中央廣播電視總臺5G 媒體應(yīng)用白皮書（2020 版）》，這是媒體行業(yè)首次對于5G 技術(shù)應(yīng)用提出的技術(shù)規(guī)范。在5G 媒體應(yīng)用上的探索，總臺在國內(nèi)、國際均走在了第一方陣，在4K 超高清電視引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的同時(shí)，緊密結(jié)合最新一代5G 通信網(wǎng)絡(luò)，繼續(xù)引領(lǐng)4K+5G 發(fā)展，堅(jiān)持守正創(chuàng)新，深化融合發(fā)展，體現(xiàn)出了作為新時(shí)代國家級媒體更高層面的視角和應(yīng)有的擔(dān)當(dāng)。

3.1 總臺引領(lǐng)4K/8K+5G 應(yīng)用

2018 年以來，總臺全力推進(jìn)4K 超高清電視技術(shù)工程建設(shè)、5G 與4K/8K 超高清視頻應(yīng)用、從內(nèi)容到播出的新媒體融合，并起到引領(lǐng)示范作用。2018年10 月，全國首個(gè)4K 超高清電視頻道在總臺正式開播。2018 年12 月，總臺與國內(nèi)三大電信運(yùn)營商和華為公司共同搭建5G 新媒體平臺，進(jìn)行了基于5G 網(wǎng)絡(luò)的4K 傳輸各項(xiàng)測試，同期，總臺成立了5G媒體實(shí)驗(yàn)室，開展基于5G 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的媒體應(yīng)用創(chuàng)新研究，進(jìn)行了5G+（4K傳輸、VR制作、移動(dòng)云制作、網(wǎng)絡(luò)家庭環(huán)境）課題研究和應(yīng)用實(shí)踐。隨后在2019年春節(jié)聯(lián)歡晚會(huì)上，總臺首次實(shí)現(xiàn)了在5G 網(wǎng)絡(luò)上實(shí)時(shí)傳輸4K 視頻，并應(yīng)用了VR 技術(shù)進(jìn)行直播。

2019 年7 月，廣電和三大電信運(yùn)營商同時(shí)獲頒5G 商用牌照。2019 年底，總臺申報(bào)的“超高清制播國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”獲得科技部批準(zhǔn)?？偱_以此為依托，進(jìn)行5G+4K/8K+AI 技術(shù)研究和應(yīng)用創(chuàng)新。到2020 年中，《中央廣播電視總臺5G 媒體應(yīng)用白皮書（2020 版）》發(fā)布，提出了5G 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下媒體采集傳輸、移動(dòng)云制作、VR 制作及分發(fā)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的業(yè)務(wù)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如圖3 所示。

圖3 5G 媒體應(yīng)用白皮書

2020 年11 月，在工業(yè)和信息化部、國家廣播電視總局、中央廣播電視總臺、廣東省政府共同主辦的“2020 世界超高清視頻（4K/8K）產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會(huì)”上，“超清視界，5G 賦能”成為大會(huì)主題。大會(huì)達(dá)成跨界重要共識——超高清視頻與5G 網(wǎng)絡(luò)融合遠(yuǎn)不止改變?nèi)藗兊膴蕵敷w驗(yàn)，它還將惠及人類生產(chǎn)生活的方方面面。

2021 年春節(jié)聯(lián)歡晚會(huì)，總臺首次開展4K 和HD 同步制作和直播，同期開展8K 制作，首次采用了AVS3 編碼標(biāo)準(zhǔn)，在總臺內(nèi)部IPTV 平臺以8K 頻道方式進(jìn)行直播試驗(yàn)。

3.2 基于4K/8K+5G 的創(chuàng)新應(yīng)用

5G 高帶寬、低時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)承載能力給視頻媒體的采編和傳送帶來變革，云端強(qiáng)大的計(jì)算和存儲能力大大降低了視頻編輯處理的門檻，而人工智能（Artificial Intelligence，AI）使轉(zhuǎn)碼、審核、編輯、廣告推薦等實(shí)現(xiàn)了智能化并延伸到操作端[5]。5G、云和AI 融合，將對媒體行業(yè)的采、編、播、傳等各個(gè)環(huán)節(jié)帶來革命性的變化?？偱_在4K/8K+5G 架構(gòu)建設(shè)、節(jié)目制作、現(xiàn)場直播、多媒體融合等方面全方位發(fā)力，將5G+4K/8K+AI 戰(zhàn)略落到實(shí)處。

3.2.1 4K 播出基礎(chǔ)架構(gòu)

總臺4K 播出架構(gòu)按以下原則設(shè)計(jì)部署：

（1）播出域內(nèi)網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一規(guī)劃，統(tǒng)一架構(gòu)，兼顧4K播出系統(tǒng)及未來新建高清播出系統(tǒng)的擴(kuò)展需求；

（2）基礎(chǔ)IT 平臺以通用設(shè)備為主，保留播出系統(tǒng)高可靠、高可用、高可維的設(shè)計(jì)要求；

（3）引入刀片服務(wù)器及虛擬化平臺等已經(jīng)過驗(yàn)證的數(shù)據(jù)中心成熟技術(shù)，提高集成度，降低布線復(fù)雜度，降低空間功耗；

（4）網(wǎng)絡(luò)安全方案設(shè)計(jì)滿足等級保護(hù)2.0 標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2.2 視音頻系統(tǒng)

總臺本期建設(shè)6 套UHD 播出系統(tǒng)（系統(tǒng)1 目前是UHD 及高清同播），直播信號常態(tài)下由總控提供。其中，系統(tǒng)1、系統(tǒng)2 共享主4 路、備4 路直播信號；系統(tǒng)3、系統(tǒng)4 共享主2 路、備2 路直播信號，系統(tǒng)5、系統(tǒng)6 共享主4 路、備4 路直播信號，共主10 路、備10 路直播信號。

每頻道末級輸出主備2 路UHD 信號（系統(tǒng)1還有主備各1 路HD 信號），采用前級共享調(diào)度+頻道切換的信號調(diào)度方式，采用主備雙鏈路+末級2選1 實(shí)現(xiàn)播出末級信號應(yīng)急倒換。

采取通道包裝“虛擬內(nèi)鍵”方式，同時(shí)完成臺標(biāo)和時(shí)鐘以及環(huán)繞聲等副標(biāo)的疊加，通過下變換方式實(shí)現(xiàn)同播，同時(shí)完成動(dòng)態(tài)范圍、色域、幀率的轉(zhuǎn)換，采用標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)范圍（Standard Dynamic Range，SDR）/高動(dòng)態(tài)范圍（High Dynamic Range，HDR）分離監(jiān)看。如圖4 所示。

圖4 4K 播出音視頻系統(tǒng)架構(gòu)

3.2.3 管理系統(tǒng)

管理系統(tǒng)圍繞總臺超高清電視內(nèi)容運(yùn)營的實(shí)際情況和業(yè)務(wù)拓展要求，為總臺在UHDTV 領(lǐng)域的長遠(yuǎn)發(fā)展提供可靠支撐，實(shí)現(xiàn)超高清播出系統(tǒng)與臺內(nèi)現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)間的全流程系統(tǒng)對接，安全高效地完成超高清節(jié)目文件的備播整備工作，提供高度穩(wěn)定可靠的自動(dòng)播出控制手段，實(shí)現(xiàn)超高清節(jié)目、廣告和直播信號的幀精度切換播出，并能夠自動(dòng)監(jiān)控、診斷系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，確保各項(xiàng)播出任務(wù)高質(zhì)量有序完成。項(xiàng)目一期建設(shè)4K 超高清播出系統(tǒng)6 套，滿足3 ～5 個(gè)頻道的4K 超高清播出。播出控制及管理系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖5 所示。

圖5 播出控制及管理系統(tǒng)

3.2.4 虛擬切換

當(dāng)前，4K/8K 超高清電視節(jié)目內(nèi)容還比較少，對此，總臺采用智能虛擬切換技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了4K 伴隨HD 制作和直播模式，有效解決了這一短板。如圖6所示，通過增加的4K 攝像機(jī)、多通道收錄系統(tǒng)和新建智能虛擬切換系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了在原有的高清電視制播平臺上同步制作4K 超高清電視節(jié)目。

圖6 4K/HD 同步制播

3.2.5 VR 和虛擬網(wǎng)絡(luò)交互系統(tǒng)

為提升“VR 視頻+三維聲”節(jié)目制作能力和質(zhì)量，總臺研發(fā)了虛擬網(wǎng)絡(luò)交互系統(tǒng)（VNIS），在外場地進(jìn)行VR 全景+三維聲采集，通過5G 將信號傳輸?shù)教摂M演播室，實(shí)現(xiàn)了主持人在多場景穿越呈現(xiàn)，大幅度提升了VR 全景視音頻的沉浸式體驗(yàn)效果，如圖7 所示。

圖7 VR 虛擬制作

3.2.6 5G+4K/8K 移動(dòng)傳輸系統(tǒng)（5G 背包）

以往的大型重要活動(dòng)、演出、體育賽事、突發(fā)事件現(xiàn)場直播，通常由轉(zhuǎn)播車系統(tǒng)、信號傳輸系統(tǒng)以及后方制播系統(tǒng)等組成，現(xiàn)場內(nèi)容通過攝像機(jī)送入轉(zhuǎn)播車，經(jīng)過技術(shù)處理后，再通過光纖、衛(wèi)星或微波回傳方式將信號傳輸至演播導(dǎo)控室。在體育場、大劇院等固定的場所內(nèi)直播時(shí)，通常在現(xiàn)場部署專用光纖，將信號回傳至中心機(jī)房，而且攝像機(jī)點(diǎn)位通常是固定的，需要移動(dòng)拍攝時(shí)需要拖著電纜；對于室外全程跟隨拍攝的場景，如馬拉松賽事直播，需要提前沿途架設(shè)微波通道，通過微波進(jìn)行移動(dòng)回傳。微波由于頻率高、直線傳輸特性，直播時(shí)還要注意避開建筑物阻擋，而且時(shí)延比較大，遇到互動(dòng)情景，后方主持人與現(xiàn)場記者的對話經(jīng)常有數(shù)秒甚至十幾秒的延遲，影響觀看效果。

如今，5G 背包（如圖8 所示）內(nèi)置5G 客戶前置設(shè)備（Customer Premise Equipment，CPE），連上超高清攝影機(jī)和編碼器，再通過5G 網(wǎng)絡(luò)將視音頻數(shù)據(jù)流實(shí)時(shí)傳送到演播導(dǎo)控室，不再需要敷設(shè)大量光纖，也不再需要微波系統(tǒng)和衛(wèi)星轉(zhuǎn)播車，前方記者背著包就可以完成現(xiàn)場采編任務(wù)。5G 背包不僅解決了直播布線尤其是轉(zhuǎn)播車無法到達(dá)現(xiàn)場的問題，而且具備無線覆蓋功能，可以同時(shí)連接手機(jī)、攝像機(jī)、PAD、無人機(jī)等各種終端，多現(xiàn)場、前后方可以直接在視頻中實(shí)時(shí)互動(dòng)，并支持回看與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，這是傳統(tǒng)直播無法比擬的。5G 背包的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖9 所示。此外，5G 超高帶寬可以同時(shí)支持4K 超高清信號的多路直播回傳，實(shí)現(xiàn)了超高清直播節(jié)目的多屏、多視角全新場景。

圖8 5G 背包

圖9 5G 背包拓?fù)?/p>

4 結(jié) 語

4K超高清視頻給人們帶來前所未有的震撼體驗(yàn)，5G 網(wǎng)絡(luò)的高速率、低時(shí)延、高可靠性、萬物互聯(lián)和邊緣計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)切片這些前所未有的網(wǎng)絡(luò)能力極好地承載了4K 傳輸應(yīng)用，并有效支撐了人工智能從中心節(jié)點(diǎn)向邊緣終端拓展，使AI 計(jì)算架構(gòu)實(shí)現(xiàn)云端和終端側(cè)之間最靈活的配比，從而向虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、混合現(xiàn)實(shí)等新興應(yīng)用注入了活力。5G+4K/8K+AI 必將催生包括數(shù)字內(nèi)容生產(chǎn)、制作、傳輸、分發(fā)在內(nèi)的全產(chǎn)業(yè)鏈升級，為用戶帶來極致體驗(yàn)，也將深刻改變視頻行業(yè)產(chǎn)業(yè)格局，孕育巨大的發(fā)展機(jī)遇。